CN111181554A - 一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器 - Google Patents

一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN111181554A
CN111181554A CN202010095799.2A CN202010095799A CN111181554A CN 111181554 A CN111181554 A CN 111181554A CN 202010095799 A CN202010095799 A CN 202010095799A CN 111181554 A CN111181554 A CN 111181554A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tail
controlled oscillator
nmos tube
inductor
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010095799.2A
Other languages
English (en)
Inventor
康凯
孔双峰
吴韵秋
赵晨曦
刘辉华
余益明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202010095799.2A priority Critical patent/CN111181554A/zh
Publication of CN111181554A publication Critical patent/CN111181554A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/099—Details of the phase-locked loop concerning mainly the controlled oscillator of the loop

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明属于通信技术领域，涉及压控振荡器，具体提供一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器，包括：两个基波压控振荡器、尾部电感及尾部电容；其特征在于，所述两个基波压控振荡器结构完全相同，且两个基波压控振荡器中交叉耦合管对的共源结点直接相连；所述尾部电感与尾部电容并联后一端连接于所述共源结点，另一端接地。本发明使用共模耦合方式提高了整体电路结构的可扩展性，降低了版图设计的复杂度；同时，提出了原理上与传统结构等效的尾电感复用结构，大幅减小了实际版图占用面积，提升了电路性能；并且，尾电感复用结构的阻抗为传统结构的两倍，尾部阻抗的提高进一步优化了整体电路的相位噪声性能。

Description

一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及压控振荡器，具体为一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器。
背景技术
随着通信技术日新月异的发展，特别是近几年来汽车雷达、5G通信、物联网等技术的推演，对频率源的性能要求越来越高。VCO作为频率源的核心，其性能很大程度决定了频率源的质量，因此高性能的VCO设计面临极大的需求与挑战；特别是在较高频率的情形下，压控振荡器随着频率的升高，无源器件的Q值将会降低，因此会导致高频段压控振荡器的相噪变差。
为了改善高频段压控振荡器的相噪性能，研究者提出许多种新结构来解决这个问题；通过将两个压控振荡器进行耦合从而降低整体输出信号的相位噪声的结构称为耦合压控振荡器。传统的结构如图7所示，晶体管M1、M2和电感L1、L2以及电容C1构成左半部分基波压控振荡器，振荡频率为基波信号f0，尾电感L3与M1、M2共源结点的寄生电容以及尾部电容C2形成并联谐振，谐振频率为二次谐波信号2f0；而类似地，晶体管M3、M4和电感L4、L5以及电容C3构成右半部分基波压控振荡器，振荡频率为同样为基波信号f0，尾电感L6与M3、M4共源结点的寄生电容以及尾部电容C4形成并联谐振，谐振频率也同样为二次谐波信号2f0；两半部分的基波压控振荡器都通过尾部的并联谐振腔提高了各自的二次阻抗，从而降低了相位噪声；电容C5和C6为耦合电容，将左半部分和右半部分的两个基波压控振荡器耦合在一起，从而实现整体电路振荡频率不变而降低电路相位噪声低的功能。在上述所提到的传统耦合压控振荡器结构中，首先利用左右两半部分的基波压控振荡器得到基波f0，并通过尾部的并联谐振腔提高基波压控振荡器的二次阻抗，降低相位噪声；随后通过电容耦合的方式，将左右两半部分的基波压控振荡器进行耦合输出，从而实现进一步降低整体电路相位噪声的功能；但是，这种结构存在如下问题：
(1)传统耦合压控振荡器耦合方式比较复杂，其通过电容耦合的方式来进行左右基波压控振荡器的耦合连接，使得版图设计难度较大；
(2)传统耦合压控振荡器结构可扩展性较低，由于其使用的电容耦合方式增大了整体电路的版图设计难度，因此当需要耦合的基波压控振荡器的数目大于四时，其版图设计会变得非常复杂，从而降低了该结构的可扩展性；
(3)传统耦合压控振荡器结构所占用的版图面积较大，为了提高整体电路的相位噪声性能，传统结构在左右两半部分的基波压控振荡器中都存在通过尾电感和尾电容并联形成的并联谐振腔，从而增加了电路复杂度；而两个尾电感的存在也在大大增加了实际版图中的额外占用面积。
发明内容
本发明的目的在于针对上述传统耦合压控振荡器存在的问题，提供一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器；该新型结构无需添加额外的电感，通过尾电感复用来实现保证相位噪声性能的目标，有效减小芯片面积；同时，本发明采用独特的耦合连接方式，简化了电路版图，提升了电路性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器，包括：两个基波压控振荡器、尾部电感及尾部电容；其特征在于，所述两个基波压控振荡器结构完全相同，且两个基波压控振荡器中交叉耦合管对的共源结点直接相连；所述尾部电感与尾部电容并联后一端连接于所述共源结点，另一端接地。
进一步的，所述基波压控振荡器包括：交叉耦合管对、电容、两个电感及变容管；其中，交叉耦合管对由第一NMOS管、第二NMOS管构成，所述第一NMOS管的栅极连接第二NMOS管的漏极，第一NMOS管的漏极连接第二NMOS管的栅极，第一NMOS管与第二NMOS管的源极相连、作为共源结点；所述两个电感串联后连接于第一NMOS管与第二NMOS管的漏极之间，且两个电感中间接电源；电容及变容管分别连接于第一NMOS管与第二NMOS管的漏极之间。
本发明的有益效果在于：
1.本发明相对于传统结构的耦合压控振荡器结构简单，使用共模耦合方式提高了整体电路结构的可扩展性，降低了版图设计的复杂度；
2.本发明提出了原理上与传统结构等效的尾电感复用结构，将传统结构中的两个尾电感减小到一个，大幅减小了实际版图占用面积，提升了电路性能；
3.本发明提出的尾电感复用结构的阻抗是两尾部并联谐振腔直接进行共模耦合结构的两倍，尾部阻抗的提高进一步优化了整体电路的相位噪声性能。
附图说明
图1为本发明基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器电路原理图。
图2为本发明中基波振荡器的电压输出图。
图3为本发明中共模耦合与传统电容耦合的对比示意图。
图4为本发明中共模耦合前后电路相位噪声性能对比示意图。
图5为本发明中共模耦合形式等效为尾电感复用形式示意图。
图6为本发明中共模耦合形式与尾电感复用形式的阻抗示意图。
图7为传统耦合压控振荡器电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明提出一种基于尾电感复用的低相噪耦合压控振荡器，该结构简化了左右两半部分基波压控振荡器的耦合方式，节省了额外的尾电感，进一步优化整体电路的版图结构，有效减小版图面积；同时，又通过尾电感复用，将两个尾部并联谐振腔简化为一个，大大减小了实际版图中的占用面积。
本实施例中基于尾电感复用的低相噪耦合压控振荡器电路原理图如图2所示，包括左右两半部分基波压控振荡器、尾部电感L5及尾部电容C3，其中，所述左右两半部分基波压控振荡器结构完全相同、并通过导线连接共模耦合，即左右两半部分基波压控振荡器中交叉耦合管对的共源结点直接相连，所述尾部电感L5与尾部电容C3并联后一端连接于所述共源结点，另一端接地。
从工作原理上讲：
(1)基波压控振荡器
本发明中，左右两半部分基波压控振荡器结构完全相同，并通过导线连接共模耦合在一起；因此在此只分析左半部分基波压控振荡器，包括交叉耦合管对、电容C1、电感L1、电感L2及变容管Cvar；其中，交叉耦合管对由NMOS管M1、NMOS管M2构成，所述NMOS管M1的栅极连接NMOS管M2的漏极，所述NMOS管M1的漏极连接NMOS管M2的栅极，所述NMOS管M1与NMOS管M2的源极相连(即共源结点)；电感L1与电感L2串联后连接于NMOS管M1与NMOS管M2的漏极之间，且电感L1与电感L2中间接电源；电容C1及变容管Cvar分别连接于NMOS管M1与NMOS管M2的漏极之间；
电感L1、L2以及电容C1、Cvar决定了振荡频率的大小，通过调节Cvar的值可以调节谐振频率；M1和M2构成一对交叉耦合管对，形成负阻，抵消电感L1、L2和变容管Cvar带来的损耗；而尾部的共用并联谐振腔则提高了电路的二次阻抗，从而降低其相位噪声；仿真得到的振荡输出波形如图2所示。
(2)共模耦合
在传统耦合压控振荡器结构中，左右两半部分的基波压控振荡器通过电容耦合连接在一起，这种耦合方式则额外使用了两个电容，且这种连接方式增加了实际版图设计过程中的复杂度；而在本发明所提出的尾电感复用耦合压控振荡器结构中，两基波压控振荡器通过共模耦合的方式连接在一起，节省了传统结构中所使用的的两个电容，且这种连接方式降低了版图设计的复杂度，并大大增加了本结构的可扩展性；同时，通过共模耦合，进一步提高了整体电路的相位噪声性能，使得整体电路的相位噪声比单个部分的基波压控振荡器下降大约3dB左右；如图3所示为传统电容耦合与共模耦合对比示意图，如图4所示即为共模耦合前后整体电路相位噪声性能对比示意图，通过共模耦合后，整体电路的相位噪声明显得到降低。
(3)尾电感复用
传统结构中两基波压控振荡器均使用了尾电感滤波结构，虽然提升了相噪性能，但却占用了较大的版图面积；而通过如图5所示的原理推导，使用电容进行共模耦合和通过导线直接相连进行共模耦合在本质上是等效的，从而能够采用尾电感复用来节省一个电感；因此在本发明中，通过尾电感复用的方式，将传统结构中的两个尾电感减少到一个，且整体电路的频率不变，大幅缩减了实际版图占用面积，从而提升了电路性能；而通过仿真，尾电感复用形式的阻抗在在工作频率下是两并联谐振腔通过电容进行共模耦合时的阻抗的两倍；而尾部阻抗的提高也进一步提升了整体电路的相位噪声性能，两尾部并联谐振腔共模耦合形式在原理上等效为尾电感复用形式的示意图如图5所示；而通过仿真得到的尾电感复用形式和两尾部并联谐振腔共模耦合形式的阻抗如图6所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器，包括：两个基波压控振荡器、尾部电感及尾部电容；其特征在于，所述两个基波压控振荡器结构完全相同，且两个基波压控振荡器中交叉耦合管对的共源结点直接相连；所述尾部电感与尾部电容并联后一端连接于所述共源结点，另一端接地。
2.按权利要求1所述基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器，其特征在于，所述基波压控振荡器包括：交叉耦合管对、电容、两个电感及变容管；其中，交叉耦合管对由第一NMOS管、第二NMOS管构成，所述第一NMOS管的栅极连接第二NMOS管的漏极，第一N MOS管的漏极连接第二NMOS管的栅极，第一NMOS管与第二NMOS管的源极相连、作为共源结点；所述两个电感串联后连接于第一NMOS管与第二NMOS管的漏极之间，且两个电感中间接电源；电容及变容管分别连接于第一NMOS管与第二NMOS管的漏极之间。
CN202010095799.2A 2020-02-17 2020-02-17 一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器 Pending CN111181554A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010095799.2A CN111181554A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010095799.2A CN111181554A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111181554A true CN111181554A (zh) 2020-05-19

Family

ID=70653038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010095799.2A Pending CN111181554A (zh) 2020-02-17 2020-02-17 一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111181554A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112653456A (zh) * 2020-12-04 2021-04-13 电子科技大学 一种低功耗自混频压控振荡器
CN112953395A (zh) * 2021-03-25 2021-06-11 华南理工大学 一种逆f类压控振荡器及芯片

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040066241A1 (en) * 2002-08-02 2004-04-08 Gierkink Sander L. Quadrature voltage controlled oscillator utilizing common-mode inductive coupling
US20060033587A1 (en) * 2004-08-11 2006-02-16 Jose Cabanillas Coupled-inductor multi-band VCO
CN1933323A (zh) * 2005-09-15 2007-03-21 三星电机株式会社 正交压控振荡器
US20080106343A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-08 National Taiwan University Of Science And Technology Multi-phase voltage-control oscillator
CN101183851A (zh) * 2007-12-13 2008-05-21 复旦大学 一种可降低闪烁噪声的lc正交压控振荡器
US20080143446A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Chih-Wei Yao Low Phase-Noise Oscillator
CN102170289A (zh) * 2011-05-28 2011-08-31 西安电子科技大学 基于电流复用的低功耗正交lc压控振荡器
US20120092077A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Capacitor coupled quadrature voltage controlled oscillator
CN106921345A (zh) * 2015-12-24 2017-07-04 华为技术有限公司 一种压控振荡器、正交压控振荡器及通信系统
CN110350868A (zh) * 2019-06-27 2019-10-18 伍晶 一种基于电流复用的自混频压控振荡器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040066241A1 (en) * 2002-08-02 2004-04-08 Gierkink Sander L. Quadrature voltage controlled oscillator utilizing common-mode inductive coupling
US20060033587A1 (en) * 2004-08-11 2006-02-16 Jose Cabanillas Coupled-inductor multi-band VCO
CN1933323A (zh) * 2005-09-15 2007-03-21 三星电机株式会社 正交压控振荡器
US20070077905A1 (en) * 2005-09-15 2007-04-05 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Quadrature voltage controlled oscillator
US20080106343A1 (en) * 2006-11-07 2008-05-08 National Taiwan University Of Science And Technology Multi-phase voltage-control oscillator
US20080143446A1 (en) * 2006-12-15 2008-06-19 Chih-Wei Yao Low Phase-Noise Oscillator
CN101183851A (zh) * 2007-12-13 2008-05-21 复旦大学 一种可降低闪烁噪声的lc正交压控振荡器
US20120092077A1 (en) * 2010-10-19 2012-04-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Capacitor coupled quadrature voltage controlled oscillator
CN102170289A (zh) * 2011-05-28 2011-08-31 西安电子科技大学 基于电流复用的低功耗正交lc压控振荡器
CN106921345A (zh) * 2015-12-24 2017-07-04 华为技术有限公司 一种压控振荡器、正交压控振荡器及通信系统
CN110350868A (zh) * 2019-06-27 2019-10-18 伍晶 一种基于电流复用的自混频压控振荡器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112653456A (zh) * 2020-12-04 2021-04-13 电子科技大学 一种低功耗自混频压控振荡器
CN112953395A (zh) * 2021-03-25 2021-06-11 华南理工大学 一种逆f类压控振荡器及芯片
CN112953395B (zh) * 2021-03-25 2022-05-24 华南理工大学 一种逆f类压控振荡器及芯片

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111565040B (zh) 一种基于双重共模谐振的压控振荡器
CN110661490A (zh) 一种基于四端口耦合网络的耦合压控振荡器
CN110729967B (zh) 一种具有宽调谐范围的窄带切换毫米波压控振荡器
CN110677127B (zh) 一种Class-F压控振荡器
CN110661489A (zh) 一种新型结构的f23类压控振荡器
CN111181554A (zh) 一种基于尾电感复用方式的低相噪压控振荡器
CN107623492A (zh) 一种高频宽带压控振荡器及其运作方法
CN109510597B (zh) 一种宽带增强型注入锁定四倍频器
CN111478668A (zh) 一种低闪烁噪声的毫米波压控振荡器
CN115021681A (zh) 一种基于f23电感的双模电压波形整形的压控振荡器
CN112953392A (zh) 一种带有三次谐波增强的毫米波压控振荡器
CN106374838A (zh) 一种用于fm‑uwb发射机的带自动幅度控制的lc振荡器
Shu et al. 20.2 A 3.09-to-4.04 GHz Distributed-Boosting and Harmonic-Impedance-Expanding Multi-Core Oscillator with-138.9 dBc/Hz at 1MHz Offset and 195.1 dBc/Hz FoM
CN111342775B (zh) 一种基于电流复用和变压器耦合缓冲放大器的双核振荡器
CN111277222B (zh) 一种基于栅源变压器反馈的电流复用压控振荡器
CN107124181B (zh) 一种宽锁定范围的注入锁定分频器电路
CN111313892B (zh) 一种宽锁定范围的可切换双核注入锁定分频器
CN110350870B (zh) 一种Class-F2压控振荡器
CN116111956A (zh) 一种压控振荡器和频率源
CN111404487A (zh) 一种谐波电流复用的毫米波压控振荡器
CN116938144A (zh) 一种低相位噪声差模共模谐振分离的压控震荡器
Ying et al. A 1mW 5GHz current reuse CMOS VCO with low phase noise and balanced differential outputs
CN116317954A (zh) 一种宽调谐范围和低相位噪声的压控振荡器
CN114629439A (zh) 一种带有三次谐波增强的毫米波数控振荡器
CN112953395B (zh) 一种逆f类压控振荡器及芯片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200519

RJ01 Rejection of invention patent application after publication